6月18日,以第10军与第18军为先头部队分别从锦州西南、西北两个方向发起攻击,锦州原有日军守备师团约14000人,伪军约5万人,在七里河一带还有一个独立旅团活动,加上援军的先头部队,在锦州一带我军的攻城部队已经面对超过八万敌人,不过既定的任务是至少吸引日寇4~6个师团南援锦州,不过由于进攻的区域狭窄,无法展开兵力,有利于日寇防守,所以王耀武决定请求当地的铁道游击队支援,造成我军有意孤立锦州的假象。19日夜,在经过两天一夜的激烈战斗之后,敌我双方都有重大伤亡。虽然如此,要是没有上级将调援军的消息,让鬼子再死守一周,也并没有太大的问题,但事情往往就是这样,守军知道援军主力将于20日到达,所以满怀期盼地等待着这一天的到来。不过传来的消息却是由于铁路被破坏,除了少数部队改走公路外,部队主力将至少推迟12小时到达,守军士气因此受挫,特别是伪军。20日早晨,我军佯攻部队发动了自18日以来最猛烈的进攻,18军的先头营已经前进到观音洞;第10军更是到达了小凌河对岸,正在准备渡河。而且正在抢修铁路的工程兵遭到我空军的骚扰,工程进度延后。之后,日本空军对我军进行了报复性轰炸,但并没有什么战术、战略目的。黄昏,王耀武把原属于第1、2集团军的第6、13师投入了战斗,并有意让日寇查明番号,这一状况很快传到了日军指挥部。梅津神情严肃,说:“原本以支那2个集团军的力量,即使突破锦州,其兵力在广阔的辽东平原也是捉襟见肘,届时我们能来个将计就计,关门打狗,急事不能全歼,也能重创之。不过现在情况有变,又至少多了2个集团军40万人,所以我命令:(火田)俊六大将率部务必克服重重阻碍,主力在16小时内到达锦州地区。”虽然这样命令,但是梅津还是不放心,从黑龙江抽调了一个师团秘密南下应急。
21日上午,黄岗梁,我主攻集群司令部。薛岳正望着沙盘上的旗帜静静等待。“报告,王耀武司令官过来电:经反复核实,确认日寇援军主力已经到达盘锦、义县一带,开始于我军接触。”“好!我命令:第1、4、14军开始向通辽发起总攻,务必于36小时内拿下通辽。命令空军,尽最大努力破坏从彰武到章古台一线铁路。”这一段铁路是精心挑选的,夏季的东南风将把跳伞的飞行员吹向我军控制的区域。林西机场,主攻集群空军总指挥毛邦初坐镇地面,共派遣24架轰炸机\驱逐机(6架诺斯洛普G2E、6架伏尔梯V—11轻轰炸机、12架霍克II\III驱逐机),16架战斗机(护航)(4架Bf-109B\C、12架He-51)进行轰炸,轰炸机群由徐焕升中校指挥,护航机群由樊飞上校指挥。
在彰武到章古台一线,中国的天空上出现了迄今为止最大规模中国空军,开始了对局部铁路进行高强度轰炸。日寇得到消息后空军紧急起飞,但是由于从没想到我军能编组如此规模的空中编队,所以日寇的战斗机在数量上一下子只能出动20架A5M,还要从5个不同机场起飞在空中会合,平时也从没有在一起配合过,所以战斗力大打折扣。抗战爆发后最大规模的空战开始了,鬼子空军虽然猝不及防,但是终究是训练有素,全部在指定空域会合。气势汹汹地向我军逼来。我护航机群指挥官自德国留学归来,参加过西班牙内战,也曾经多次与日寇作战,经验老到,在1:1.2的数量劣势和整体质量劣势的情况下,讲究整体配合,发挥编队优势,也没让日寇占太多便宜,使其未能逼近我轰炸机群。加上霍克飞机载弹少,不久就加入了护航机群,双方势均力敌。最终我混合编队以损失(含被击伤)轰炸机\驱逐机5架,战斗机4架(飞行员全部救回),完成任务,并且击落日寇战斗机2架,击伤3架(飞行员被俘)。日军工程兵由于刚完成施工任务,疲惫不堪,再赶来修铁路效率已经是大打折扣。日军指挥部这时才如梦初醒,命令(火田)俊六立即脱离接触,迅速北上。而王耀武也减缓了对锦州的攻击,把主要精力集中到拖住日军上,锦州之围实际已解,日寇本想发动反攻,但由于伪军出工不出力,所以也未对战事造成多大影响。